第一章 分子动理论（图文版知识清单）物理人教版选择性必修第三册

气分子动理论的基本内容知识清单 一、 物体是由大量分子组成的 1在研究物体的热运动性质和规律时，把组成 物体的微粒如分子、原子、离子等统称为分子。 多数分子直径的数量级为10~10m,物体是由 大量分子组成的。 物体由大量分子组成 2 阿伏伽德罗常数 阿伏加德罗常数的意义示意图 定义： 1mol的任何物质都含有相同的粒子数， 这个数量用阿伏加德罗常数表示。 宏观量 微观量 数值： Na=6.02×1023mol-1。 摩尔质量 摩尔体积 NA 分子质量 分子的大小 意义： 阿伏加德罗常数是一个重要常数。它把摩尔 质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、 分子的大小等微观物理量联系起来了，可以说 阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁。 联系宏观量与微观量的桥探 3 阿伏伽德罗常数的应用 宏观物理量： 物质的质量M,体积V,密度p,摩尔质量Mmol,摩尔体积Vmol。 宏观量 微观骨 微观物理量： 分子质量mo,分子体积Vo,分子直径d。 宏观量与微观量的关系： ①分子的质量 Mmal pVmol mo NA NA ②分子的体积 o Vmal Mmol NA (适用于固体和液体) PNA 二、分子热运动 1扩散现象 扩散现象示意圆 定义： 不同种物质能够彼此进入对方的现象。 开始时 开热时 产生原因： 由物质分子的无规则运动产生的。并不是外界作用引起的， 也不是化学反应的结果 意义： 扩散现象是物质分子永不停息地做无规则侧运动的证据之一。 一时间后 特点：①物质处于固态、液态和气态时均能发生扩散现象。只是在短时间内 气态物质的扩散现象最显著，固态物质的扩散现象非常不明显； ②在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关。 开柏时 开柏时 温度越高，扩散现象越显著。这表明温度越高，分子无规则运动越剧烈； 台◆9◆04中 ③扩散现象发生的显著程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制。 9 当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著；当进入对方的 分子浓度较高时，扩散现象发生的较为缓慢。 一政时间后 应用 生产半导体器件时，在高温条件下通过分子的扩散，在纯净半导体 材料中掺入其他元素。 分子热运动与冷子间作用力知识清单 分子热运动 分子间的作用力 ■，布朗运动 包.分子间有间隙 定义悬浮微粒的无规侧运动。 ●气体分子的空眼：气体很容易被压缩，说明气体分子之间 产生原因由液体分子不停地做无规则运动对固体微粒各个 存在着很大的空隙。 方向撞击的不平衡性造成。 意义：布朗运动间接地反映液体分子运动的无规则性。 特点 ①微粒在永不停息的做无规则运动。 ●液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明 ②微粒越小，布朗运动越明显。 液体分子间有空隙。 悬浮在液体中的微粒越小，在某一腰间眼它相撞的液体 分子数超少，撞击作用的不平衡性表现得越明显；同时， 。液体分子 微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变， ○悬浮微粒 布朗运动越明显。 ③温度越高，布朗运动越明显。 ●固体分子间的空隙：压在一起的金片和铝片，各自的分子 温度越高，液体分子无规则运动越剧列，对悬浮微粒撞击 能扩散到对方的内部，说明因体分子间也存在着空隙。 的频率及强度也越高，布朗运动超明显 说明： 布明运动指的是悬浮微粒的运动，不是分子的运动，但它 金片 铝片 间接地证实了液体分子的无规则运动。 2.分子间的作用力 ■.热运动 ①分子间的引力和斥力同时存在。分子间的作用力指的是 定义分子永不停息的无规则运动叫作热运动。 分子间相互作用引力和斥力的合力。 宏观表观扩散现象和布朗运动。 特点①永不停息；②运动无规则；③温度越高， ②分子间的作用力F跟分子间距离r有关。 分子的热运动越别列。 当r<r,时，分子间的 作用力F表现为斥力。 □.扩散、布朗运动和热运动的比较 项目 扩散 布明运动 热运动 当r=。时，分子间的 作用力F为0，这个位置 不间物质相互接触时 分子永不停息的无规则 定义 悬浮微粒的无规则运动 称为平衡位置 彼此进入对方的现象 运动叫作热运动 参与对象 不同物质的分子 悬浮微粒 分子 当r>r时，分子间的 作用力F表现为引力。 液体分子不停地做无 产生原因 分子永不停息地做 规则运动，对固体微粒 分子具有动能，永不停 无规则运动 息地做无规则运动 各个方向推击的不平衢性 ③产生原因：由原子内部的帶电粒子的相互作用引起。 宏观表现 扩散现象 布朗运动 扩散现象和布朗运动 【特别提醒】 联系 三者都说明了分子在永不停息地做无规则运动 分子间的作用力指的是分子间相互作用引力和斥力的合力。 分子动理论 自内容： 物体是由大量分子组成的，分子在永不停息地无规则运动 分子之间存在着引力和斥力。 即说明： 斥力 引力引力 斥力 分子动理论是把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动 的宏观表现而建立的理论。热学学习包括两个方面：一方面 是热现象的宏观理论，另一方面是热现象的微观理论」 实验：用油膜法估测油酸分子的大小-知识清单 实验目的 实验思路 估测油酸分子的大小时，可以将油酸分子简化为球形，并认为它们紧密排布。 用油膜法估测油酸分子的大小 因此，当把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜时，单 分子油膜的厚度就相当于油酸分子的直径。我们可以根据体积公式V=Sd, 2 学会通过测量宏观量来得出 测出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上完全摊开的面积S之 微观量的物理方法 比，估测出油酸分子的大小。 OO000000000000G 油酸分子的直径d 解释：为了形成单分子油膜，需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。 这挥的油酸酒精溶液滴在水面上，溶液中的酒精将溶于水井很快挥发， 从而获得纯油酸形成的油膜。 三、实验器材 带坐标格 油酸 酒精 清水 注射器 量简 烧杯 浅盘 爽身粉 的玻璃板 四、 实验步骤及物理量的测量 ①配制油酸酒精溶液 计算1滴油酸酒精溶液中 3 测量1滴油酸酒精溶液在水面上 取1mL的油酸滴入酒精中配制 所含纯油酸的体积 形成的单分子油膜的面积 成500mL的油酸酒精溶液。 用注射器吸取一定体积的油酸酒精溶液 在浅盘里盛上水，一只手捏住装有爽身粉的布袋，另一 (可得该油酸酒精溶液中油酸 将其一滴一滴地滴入频杨中，记下液滴 只手轻轻拍打，将换弯粉均均地撒在水面上。 的浓度为0.2%)】 的总滴數，从而得到1滴油酸酒精溶液 ●用注射器向水面上滴一滴油酸酒精溶液，可形成一块有 的平均体积。再根据所配制的油酸酒精 轮丽的油膜。待油膜形状糗定后，就近似形成了单分子油膜。 溶液的浓度，可得到1滴油酸酒精溶液 ●此时，将带坐标方格的玻瑰板放在浅盘上，在玻璃板上 中所含纯油酸的体积V。 描下油膜的轮原，计算轮筋在围内正方形的个数（不足 半个的舍去，多于半个的草一个)，再乘以单个正方形 的面积就得到油膜的面积S。 酒梢 500mL 油酸酒精洛液 ④估测油酸分子的大小 ⑤重复实验，多次测量 根据1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与其形成的油膜面积S之 重复以上实验步骤，多次测量油膜的厚度，得油酸分子大小的平均值 比， 可得油的厚度，即油酸分子的直径为d=V/S。 V d = 五、数据处理 油酸酒精溶液的浓度 2 一滴油酸酒精溶液的 一滴油酸酒精溶液中 一滴油酸酒精溶液 油酸分子的直径 平均体积 所含纯油酸的体积 形成的油膜面积 7= Vo V V=cV S =nSo na2 d V总 分子运动速率分布规律-知识清单 随机性与统计规律 必然事件：在一定条件下必然出现的事件； 2 不可能事件：在一定条件下不可能出现的事件； 3 随机事件：在一定条件下可能出现， 也可能不出现的事件； 4 统计规律：大量随机事件的整体往往会表现出一定 的规律性，这种规律就叫作统计规律。 二、 气体分子运动的特点 ① 气体分子间距离大约是分子直径的10倍。分子的大小 相对分子间的空隙来说很小，可以把气体分子视为质点。 气体分子间距离较大，分子间作用力很弱，可认为气体 分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速 直线运动，气体充满它能达到的整个空间。 3 气体分子之间频繁碰撞，每个分子的速度大小和方向 频繁地改变，造成气体分子的运动杂乱无章。 在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且 向各个方向运动的分子数目几乎相等。（针对大量分子 而言) 三、分子运动速率分布图像 尽管分子做无规则运动，速率有大有小，但大量分子的速率 氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下的速率分布情况 却按一定的规律分布。（配图位置：氧气分子在0℃和100℃ 各速率区间的分子数 两种不同情况下的速率分布情况) 占总分子数的百分比 从图中可以看出： 20 ①气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布； ②不同温度下，具有最大比例的速率区间是不同的。 温度为0 温度为100℃ 10 ③当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大 的一方移动。即速率大的分子数目增多，速率小的分子 数且减少，分子的平均速率增大。说明温度越高，分子 的热运动越剧烈。 100以T 成 速率区间m·s) 200 300 400 500 100 800- 900 【特别说明】 当温度升高时，不是每个分子的速率都变大，而是速率大的分子占的百分比变大。换言之， 某一分子在某一时刻的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的 分子速率值增加。 分子动能和分子势能-知识清单 、 分子动能 单个分子的动能 (1)概念： 组成物体的每个分子都在永不停息地做无规则运动， 所以分子具有动能，称为分子动能。 (2)说明：物体中分子热运动的速率大小不一，故各个分子的动能 有大有小，而且在不断改变，即同一个分子在不同时刻的动 能可能是不同的。所以单个分子的动能没有意义。 2 分子的平均动能 低温 高温 (们)概念：物体内所有分子的动能的平均值。 (2)说明：热现象研究的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学 性质，重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分 子的动能的平均值，这个平均值叫作分子热运动的平均动能。 (3)决定因素： 物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志。 ★【特别提醒】 (4)注意： ①物体温度升高时，分子热运动的 平均动能增大，但不是每个分子 ①物体温度升高时，分子热运动的平均动能增大，但不是每个分子 的动能都增大，个别分子的动能 的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有 可能减小或不变，但总体上所有 分子的动能之和一定是增加的。 分子的动能之和一定是增加的。 ②由于温度是分子热运动平均动能 ②由于温度是分子热运动平均动能的标志，故不同物体在同一温度 的标志，故不同物体在同一温度 下分子的平均动能相同。但不同物质的分子质量不一定相同， 下分子的平均动能相同。但不同 物质的分子质量不一定相同， 所以同一温度下不同物质分子运动的平均速率大小一般不同。 所以同一温度下不同物质分子运 动的平均速率大小一般不同。 3 分子的总动能 (1)概念：物体内所有分子热运动的动能的总和，它等于分子热运动 的平均动能与分子数的乘积。 分子 分子热运动的 后动能 + 分子数 (2)决定因素：物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。 平均动能 (3)说明：对于一定质量的某种物质，分子总数是确定的，其分子总 动能只与温度有关，温度越高，分子总动能越大。 分子势能-知识清单 1概念 由于分子间存在着相互作用力，且可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关， 所以分子组成的系统具有分子势能。 2分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系 设两个分子相距无穷远，我们可以规定它们的分子势能为0，让一个分子A不动，另一个 分子B从无穷远处逐满靠近A。在这个过程中，分子间的作用力做功，分子势能的大小发生改变。 当r>。时，分子间作用力表现为引力， 若r减小，分子间作用力做正功，分子势能减小。 当r=r。时，分子力作用力表现为0， (2 分子势能减到最小。 Ep 当r<r。时，分子间作用力表现为斥力 (3) 若r减小，分子间作用力做负功，分子势能增加。 可见，分子势能的大小是由分子间的相对位置决定的。 若选定分子间距离r为无穷远处时的分子势能为0，则分子间作用力、分子势能随分子间距离变化 的情况如下图所示： (4)说明： 分子势能是标量，正、负表示大小。 ②分子势能的大小与零势能点的选取有关，但分子势能的变化量与零 势能点的选取无关。 3 影响分子势能大小的因素 (1) 从微观上看：与分子间的距离有关。 (2) 从宏观上看：与物体的体积有关。但不能简单的认为物体体积越大，分子势能就 越大，因为分子势能还与物质的状态等因素有关，例如0℃的水结成0℃的冰后， 体积变大，分子势能却减小了。 三、物体的内能-知识清单 物理 1 概念 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和， 叫作物体的内能。 说明 (1)组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 (2)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体的宏观 运动状态无关。 (3)内能是状态量，对应物体的某一状态。 3 影响因素 (1)从微观上看：与组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间 的距离有关。 (2)从宏观上看：与物体的物质的量、温度和体积有关，同时也受物态变化 的影响。如水在漭腾时变为水蒸气，此过程中温度不变，分子的平均动能 不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，物体的内能变化。 温度、内能和热量的比较 oo (1)温度是分子热运动平均动能的标志，宏观上表示物体的冷热程度。 00o ooo (2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 温度 内能 热量 (3)热量是指在热传递的过程中，物体吸收或放出热的多少。 分子热运动 所有分子的 在热传递的 平均动能的标志 热运动动能与 过程中，物体吸收 表示物体的 分子势能的总和 或放出热的多少 冷热程度 5 内能与机械能的区别和联系 内能 机械能 定义 物体中所有分子的热运动动能与 物体由于机械运动和物体间 分子势能的总和。 相互作用而具有的能量。 区 与物体的质量、速度、位置以及 影响因素 与物体的分子情况、温度、体积以及 相互 物态变化等因素有关。 物体间的相互作用等因素有关。 转化 能量形式 分子热运动动能和分子势能的总和。 动能和势能的总和。 系 内能与机械能在一定条件下可以相互转化。